Paradoks informacyjny w końcu wyjaśniony? Fizycy z RIKEN mają pewien pomysł

Tunele czasoprzestrzenne mogą pomóc rozwiązać paradoks informacyjny pojawiający się po połączeniu ogólnej teorii względności z mechaniką kwantową. Analiza matematyczna pomaga wyjaśnić zagadkę dotyczącą ucieczki informacji z czarnej dziury.
Tunele czasoprzestrzenne pomogą wyjaśnić paradoks informacyjny?
Tunele czasoprzestrzenne pomogą wyjaśnić paradoks informacyjny?

Fizycy z RIKEN odkryli, że tunele czasoprzestrzenne, czyli teoretyczne mosty łączące odległe regiony Wszechświata, mogą rzucić nowe światło na tzw. paradoks informacyjny, czyli odpowiedzieć na pytanie: co dzieje się z informacjami o materii pochłanianej przez czarną dziurę.

Czytaj też: To wcale nie czarna dziura. W HR 6819 jest „wampirzy” układ podwójny gwiazd

Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina, nic, co wpada do czarnej dziury, nie może wyrwać się z jej szponów. W latach 70. ubiegłego wieku Stephen Hawking obliczył, że według praw mechaniki kwantowej czarne dziury powinny emitować promieniowanie (tzw. promieniowanie Hawkinga).

Nazywa się to parowaniem czarnej dziury, ponieważ czarna dziura kurczy się, podobnie jak parująca kropla wody. To jednak prowadzi do paradoksu – w końcu czarna dziura całkowicie wyparuje, a wraz z nią wszelkie informacje o jej zawartości. Jest to jednak sprzeczne z podstawowym założeniem fizyki kwantowej: informacja nie może zniknąć z Wszechświata. To oznacza, że ogólna teoria względności i mechanika kwantowa w obecnym kształcie nie są ze sobą spójne. Musimy znaleźć ujednolicone ramy dla grawitacji kwantowej.dr Kanato Goto z RIKEN

Naukowcy podejrzewają, że informacja ucieka, ukryta w jakiś sposób w promieniowaniu. Aby to udowodnić, badano entropię promieniowania. W 1993 r. Don Page obliczył, że jeżeli nie dojdzie do utraty informacji, entropia początkowo będzie rosła, ale w miarę zanikania czarnej dziury spadnie do zera.

Połączenie mechaniki kwantowej z ogólną teorią względności potwierdza te obliczenia sprzed blisko 30 lat. Entropia faktycznie stale rośnie w miarę kurczenia się czarnej dziury, co wskazuje na utratę informacji. Fizycy przeprowadzili szczegółową analizę łączącą zarówno standardowy opis, jak i obraz tunelu czasoprzestrzennego, potwierdzając, że informacja jest zachowana nawet po rozpadzie czarnej dziury.

Odkryliśmy nową geometrię czasoprzestrzeni o strukturze przypominającej tunel czasoprzestrzenny, która została przeoczona w konwencjonalnych obliczeniach. Entropia obliczona przy użyciu tej nowej geometrii daje zupełnie inny wynik. Nadal nie znamy podstawowego mechanizmu, w jaki sposób informacja jest przenoszona przez promieniowanie. Potrzebujemy teorii kwantowej grawitacji.dr Kanato Goto